Simuleringsstudie av signalreglering i cirkulationsplatser

Department of Science and Technology Institutionen för teknik och naturvetenskap Linköping University Linköpings Universitet

LiU-ITN-TEK-A--08/067--SE

Simuleringsstudie av

signalreglering i

cirkulationsplatser

Jevgenij Petoukhov

Per Sjögren

2008-05-27

LiU-ITN-TEK-A--08/067--SE

Simuleringsstudie av

signalreglering i

cirkulationsplatser

Examensarbete utfört i kommunikations- och transportsystem

vid Tekniska Högskolan vid

Linköpings universitet

Jevgenij Petoukhov

Per Sjögren

Handledare Hamid Rezaie

Handledare Andreas Samuelsson

Examinator Clas Rydergren

Norrköping 2008-05-27

Upphovsrätt

Detta dokument hålls tillgängligt på Internet – eller dess framtida ersättare –

under en längre tid från publiceringsdatum under förutsättning att inga

extra-ordinära omständigheter uppstår.

Tillgång till dokumentet innebär tillstånd för var och en att läsa, ladda ner,

skriva ut enstaka kopior för enskilt bruk och att använda det oförändrat för

ickekommersiell forskning och för undervisning. Överföring av upphovsrätten

vid en senare tidpunkt kan inte upphäva detta tillstånd. All annan användning av

dokumentet kräver upphovsmannens medgivande. För att garantera äktheten,

säkerheten och tillgängligheten finns det lösningar av teknisk och administrativ

art.

Upphovsmannens ideella rätt innefattar rätt att bli nämnd som upphovsman i

den omfattning som god sed kräver vid användning av dokumentet på ovan

beskrivna sätt samt skydd mot att dokumentet ändras eller presenteras i sådan

form eller i sådant sammanhang som är kränkande för upphovsmannens litterära

eller konstnärliga anseende eller egenart.

För ytterligare information om Linköping University Electronic Press se

förlagets hemsida

http://www.ep.liu.se/

Copyright

The publishers will keep this document online on the Internet - or its possible

replacement - for a considerable time from the date of publication barring

exceptional circumstances.

The online availability of the document implies a permanent permission for

anyone to read, to download, to print out single copies for your own use and to

use it unchanged for any non-commercial research and educational purpose.

Subsequent transfers of copyright cannot revoke this permission. All other uses

of the document are conditional on the consent of the copyright owner. The

publisher has taken technical and administrative measures to assure authenticity,

security and accessibility.

According to intellectual property law the author has the right to be

mentioned when his/her work is accessed as described above and to be protected

against infringement.

For additional information about the Linköping University Electronic Press

and its procedures for publication and for assurance of document integrity,

please refer to its WWW home page:

http://www.ep.liu.se/

Förord

Detta examensarbete är ett avslutande fas i vår civilingenjörsutbildning på programmet Kommunikation- och transportsystem med inriktningen trafikinformatik vid Linköpings Universitet.

Nu när examensarbetet är avslutat vill vi gärna tacka en del personer som har varit till stor hjälp under arbetets gång. Först och främst vill vi tacka Ramböll Sverige AB för de tillhandahöll oss med kontor och programvara som gjorde examensarbetet möjligt. Vi vill rikta ett stort tack till våra handledare på Ramböll Hamid Rezaie och Andreas

Samuelsson för engagemang, synpunkter och goda råd på vägen, samt hjälp med programmet.

Vi vill även tacka vår examinator Clas Rydergren för idéer, hjälp under arbetets gång och för att han guidat oss igenom examensarbetet och utbildningen på ett enastående sätt. Ett slutgiltigt tack vill vi även rikta till Leif Franzén som var till mycket stor hjälp med utrustningen under fältstudien.

Jevgenij Petoukhov & Per Sjögren Norrköping

Maj 2008

Sammanfattning

Idag byggs det allt fler cirkulationsplatser i Sverige. De ersätter många signalreglerade korsningar. Cirkulationsplatser lämpar sig dock inte i alla situationer. Ett exempel när det inte lämpar sig är om det passerar ett stort trafikflöde rakt igenom cirkulationsplatsen som hindrar trafiken från mindre tillfarter att komma in i cirkulationen. För att komma tillrätta med problemet kan signalreglering av cirkulationsplatsen tillämpas. Trafiksignalerna kan då skapa luckor i cirkulationsflödet, så att trafiken från tillfarterna med underordnade flöden kan ta sig in i cirkulationen och på så sätt minska fördröjningen på dessa tillfarter. I

examensarbetet genomförs fallstudie av två cirkulationsplatser för att studera effekter av en sådan signalreglering. Examensarbetet består av tre delar: Litteraturstudie, fältstudie och

trafiksimulering.

Litteraturstudien tar upp teori om cirkulationsplatser i allmänhet med hänsyn till

framkomlighet och säkerhet, signalreglering i allmänhet samt kortare beskrivning av vad trafiksimulering innebär. Tonvikten är dock på teorin kring de signalreglerade

cirkulationsplatserna. Fältstudien, har sitt syfte i att skaffa indata till simuleringsmodellen samt lära sig hur fältarbete går till. Trafiksimuleringen gick ut på att skapa ett antal scenarier med olika typer av signalreglering och med hjälp av utdata från simuleringsmodellerna utvärdera vilka scenario som lämpar sig bäst med hänsyn till de effektmått som används. Efter simuleringar av ett antal olika alternativ med signalsättning av de två studerade platserna konstaterades det att man kunde minska köbildningen och öka framkomligheten i en cirkulationsplats via signalreglering. De scenarier som lämpade sig bäst i fallstudien var metering-signaler, det vill säga en form av signalreglering som signalsätter endast ett eller två tillfarter i syfte att prioritera underordnade flöden på vissa länkar. De effektmåtten som användes för att utvärdera scenarierna var medelkölängderna, restiderna genom

cirkulationsplatsen och maxköerna. Tonvikten lades på ändringar i medelköerna, näst viktigast var förändringen i restiderna.

Abstract

Today more and more roundabouts are build in Sweden. Many of them replace ordinary signalized intersections. Although roundabouts are not suitable in all situations, one example when it's not suitable is when a large traffic flow is passing right through and obstructs vehicles from other approaches to enter the circulation. One possible solution to this problem may be to use traffic signals in the roundabout. The signals will create gaps in the circulating traffic flow, making it possible for traffic from the approaches with the inferior flow and by that decrease the delay on these approaches. In this thesis a case study of two roundabouts were done in order to study the effects of signal controlled roundabouts. The thesis consists of three parts: the literature review, a field study and traffic simulation.

The purpose of the literature review is to get knowledge about the studied area. The literature review includes theory about roundabouts in general with respect to availability and safety, signal control in general and a brief description of the concept of traffic simulation. The the purpose of the field study is to get input to use in the simulation and to learn how this kind of work is done. The purpose of the traffic simulation is to create alternative scenarios and based on the output from the simulation models evaluate which scenario is most appropriate with respect to the efficiency measurements that were used.

After simulating the different scenarios it was ascertained that the upcoming of queues could be lowered and the availability increase in a signal controlled roundabout. The scenarios that had the best effect in the case study was the ones where vehicle actuated signals where used. This type of signal control made it possible to prioritize the inferior flows from certain links. The measurements that were used for evaluation of the scenarios where average queue lengths, travel time through the roundabout and maximum queue length. The emphasis was put in achieving changes in the average queue lengths; the second most important aspect was the travel times. A discussion regarding the safety aspect was also made to reject the

Begrepp

Car-following – metod för hur trafikanter beter sig då de har ett fordon framför sig Cirkulation – det/de körfält som cirkulerar kring rondellen i en cirkulationsplats

Cirkulationsplats – definieras enligt Trafikförordningen 1998:1276 som: ”Plats som enligt lokal trafikföreskrift ska vara cirkulationsplats och som är utmärkt med vägmärke för cirkulationsplats”. Enligt Vägverkets ordlista definieras den som: ”Plankorsning med påbjuden cirkulationstrafik och väjningsplikt för trafik från alla anslutande vägar”

Detektor – enligt Vägverkets Vägar och Gators Utformning (VGU): ”Anordning för att känna av trafikelement”

Detektor-/Trafikstyrning – signalregleringen påverkas av detektorer som finns i körfälten och utifrån trafiksituationen ändras schemat för att minimera fördröjningen

Direkt signalkontroll – samtliga tillfarter och även cirkulationen kontrolleras av trafiksignaler

Full signalsättning – samtliga tillfarter till cirkulationsplatsen styrs av trafiksignaler

Fördröjning – enligt Hagring [1] kan delas in i två typer. Geometrisk fördröjning, som beror på korsningens design och visar den extra restid som fordon spenderat i korsningen jämfört med normala fallet. Fordonet i frågan är ostört av andra fordonen. En annan typ av

fördröjning är interaktionsfördröjning, alltså den fördröjning som uppkommer via interaktion med andra trafikanter. I detta examensarbete är det interaktionsfördröjning som hänsyn tas till

Gap-acceptance – enligt Hagring [1]: ”förare som kommer från ett underordnat flöde korsar eller tar sig in i det överordnade flödet endast om tidsluckan i det överordnade flödet är större än tröskelvärdet – kritisk tidslucka”

GEH – ett empiriskt mått som används för att beräkna procentuella felet mellan observerade och simulerade flöden.

Gröntid - den del av den totala omloppstiden då trafiksignalen visar grönt ljus

Gång- och Cykeltrafik, även GC-trafik – samlingsnamn för fotgängare och cyklister i trafiken

Gång- och cykelöverfart – särskild övergång specifikt för GC-trafik benämns ofta som övergångsställe, cykelöverfart eller GC-överfart

Indirekt signalkontroll – trafiksignaler som är belägna en bit bort från cirkulationsplatsen och som inte reglerar trafiken inne i cirkulationsplatsen

Kalibrering – enligt Stockholms stad [2]: ”kontroll av de enskilda elementens

med varandra”. Utgångspunkten för denna kontroll är verklighetsdata samt kunskaper, erfarenheter och kännedom om trafikprocesser”

Kapacitet – enligt Hagring [1]: ”maximalt antal fordon som kan passera en viss punkt på vägen under en given tidsperiod under rådande trafikförhållanden”. Enligt Vägverkets ordlista [4]: ”största möjliga trafikflöde som kan upprätthållas under en längre tid under givna förutsättningar”

Konfliktpunkt – punkt där konflikt kan uppstå vid interaktion mellan trafikanter

Kritisk tidslucka – tröskelvärde vid gap-acceptance, vilket avgör om en förare tar sig in i ett överordnat flöde eller väjer

Kö – definierades vid insamlingen av data som: bilar som tvingades att minska hastigheten eller stanna på grund av påverkan från framförvarande fordon eller fordon på en anslutande länk. Detta är en följd av att det inte var möjligt att fastställa fordonens exakta hastighet utifrån filmningarna. I Vissim definieras köerna som: fordon som färdas i mindre än 15 km/h och avstånden mellan bilarna är maximalt 15 m, fordonen lämnar kön när de kör snabbare än 20km/h

Lane-changing – metod som anger hur benägna trafikanterna är att byta fil och hur detta sker

Metering – en form av signalreglering, där endast fåtal tillfarter signalsätts. Används för att skapa bättre förutsättningar för de flöden som är underordnade

Omloppstid – den tid som det tar för en trafiksignal att visa alla signalfaser och börja om på nytt

Partiell signalsättning – endast en eller ett fåtal anslutningar är styrda av trafiksignaler Rondell – den del i mitten av cirkulationsplatsen som trafiken cirkulerar runt, en rondell kan vara ej överkörbar, delvis överkörbar eller helt överkörbar beroende på vilken radie samt vilken höjd rondellen har

Signalreglering – benämning då det förekommer trafiksignaler i en korsning eller cirkulationsplats

Simulering – representation av ett system för att studera dess beteende i detta fall för att studera trafikanters beteende. Definition enligt Nationalencyklopedin [3]

Tidsstyrning – trafiksignaler styrs enligt ett fördefinierat schema där alla signalgrupper har konstant tidslängd

Till-/Frånfart – de körfält som leder in respektive ut ur cirkulationen

Trafiksignal – enligt Vägverkets ordlista [4]: ”trafikanordning som med signaler reglerar trafik eller varnar trafikanter”

Trafiksimulering – enligt Stockholms stad [2]: ”processer hos trafiksystemet som återskapas i en datoriserad miljö”

Trafikö – upphöjd del som används för att separera trafiken på tillfarter från trafiken på frånfarter i cirkulationen

Underordnat flöde – den trafik som ofta kommer från mindre vägar och har väjningsplikt mot det överordnade flödet

Validering – enligt [2]: ”kontroll av riktigheten i den utdata som genereras av modellen under en viss tid. Detta görs genom jämförelse mellan data från modellen och det som observerades och uppmättes i motsvarande verklighetssituation för samma tidsperiod.” Vissim – VISual traffic SIMulation tool enligt [5]. Ett trafiksimuleringsprogram på mikronivå som används i examensarbetet

Warm up – tiden under vilken simuleringsmodellen körs för att uppnå normal prestanda Överordnat flöde – det flöde som enligt lag har företräde och därmed inte störs av några andra flöden

Innehållsförteckning

1 Inledning ... 1 1.1 Bakgrund... 1 1.2 Syfte ... 1 1.3 Mål ... 1 1.4 Metod ... 2 1.4.1 Litteraturstudie ... 2 1.4.2 Fältstudie... 2 1.4.3 Trafiksimulering ... 2 1.5 Avgränsningar... 3 1.6 Företagspresentation ... 3 2 Litteraturstudie ... 4 2.1 Cirkulationsplatser ... 4 2.1.1 Konfliktpunkter... 6 2.1.2 GC-säkerhet ... 8 2.2 Signalreglering ... 9 2.2.1 Signalreglering i korsningar... 9 2.2.2 Signalreglerade cirkulationsplatser ... 9 2.2.3 Signalregleringstyper ... 10 2.2.4 Metering... 11 2.3 Fysisk utformning ... 13 2.4 Signalsättningens fördelar... 13 2.5 Trafiksimulering ... 14 2.5.1 Car-following ... 15 2.5.2 Car-following i Vissim ... 16 2.5.3 Lane-changing... 19 2.5.4 Lane-changing i Vissim ... 20 2.5.5 Gap-acceptance ... 20 3 Fältstudie... 21 3.1 Datainsamling ... 21 3.2 Bakgrundsbeskrivning ... 23 3.2.1 Svågertorp ... 23 3.2.2 Väla centrum ... 24 3.2.3 Spillepengen... 25 3.3 Utvärdering av fältstudien... 26 4 Databearbetning ... 28 4.1 Data för modelbygge... 28

4.2 Data för kalibrering och validering... 30

5 Vissim ... 32

6 Simulering... 33

6.1 Modellbygge ... 33

6.2 Kalibrering och validering ... 36

6.2.1 Validering Svågertorp ... 40

6.2.2 Validering Väla ... 44

7 Simulering av olika utformningar ... 47

7.1 Svågertorp ... 47

7.1.1 Scenario S1 ... 48

7.1.3 Scenario S3 ... 50 7.1.4 Scenario S4 ... 50 7.1.5 Scenario S5 ... 51 7.1.6 Scenario S6 ... 52 7.1.7 Scenario S7 ... 52 7.1.8 Scenario S8 ... 53 7.2 Väla ... 54 7.2.1 Scenario V1... 54 7.2.2 Scenario V2... 55 7.2.3 Scenario V3... 55 7.2.4 Scenario V4... 56 7.2.5 Scenario V5... 57 7.2.6 Scenario V6... 58 7.2.7 Scenario V7... 59 8 Utvärdering av scenarier ... 60 8.1 Jämförelse Svågertorp... 60 8.2 Jämförelse Väla... 63

8.3 Resultat av fallstudie Svågertorp ... 66

8.4 Resultat av fallstudie Väla ... 67

9 Diskussion... 68

10 Förslag på fortsatt arbete... 70

Figurförteckning

Figur 1. Cirkulationsplatsens delar ... 4

Figur 2. Principskisser ... 5

Figur 3. Konfliktpunkter i signalsatt korsning resp. cirkulationsplats... 7

Figur 4 Felaktig beteende i flerfilig cirkulationsplats... 7

Figur 5. Signalregleringstyper ... 10

Figur 6. Cirkulationsplats med metering-signaler ... 12

Figur 7. Principskiss av ramp metering ... 12

Figur 8. Psykofysisk modell. ... 16

Figur 9. Wiedemanns car-following model ... 17

Figur 10. Bild på masten som användes vid filmningarna... 22

Figur 11. Svågertorp, Malmö... 24

Figur 12. Väla centrum, Helsingborg ... 25

Figur 13. Spillepengen ... 26

Figur 14. Modell av Svågertorp ... 34

Figur 15. Modell av Väla centrum... 35

Figur 16. Medel kölängder, Svågertorp ... 41

Figur 17. Maximala kölängder, Svågertorp ... 42

Figur 18. Restider, Svågertorp ... 42

Figur 19. Punkterna mellan vilka restiderna mättes... 43

Figur 20 GEH-test, Svågertorp ... 43

Figur 21. Maximala kölängder, Väla ... 44

Figur 22. Restider, Väla ... 45

Figur 23 Punkter mellan vilka restiden uppmättes ... 46

Figur 24 GEH-test, Väla ... 46

Figur 25 Scenario S1... 48 Figur 26 Scenario S2... 49 Figur 27 Scenario S3... 50 Figur 28 Scenario S4... 50 Figur 29 Scenario S5... 51 Figur 30 Scenario S6... 52 Figur 31 Scenario S7... 52 Figur 32 Scenario S8... 53 Figur 33 Scenario V1 ... 54 Figur 34 Scenario V2 ... 55 Figur 35 Scenario V3 ... 55 Figur 36 Scenario V4 ... 56 Figur 37 Scenario V5 ... 57 Figur 38 Scenario V6 ... 58 Figur 39 Scenario V7 ... 59

Figur 40 Medelkölängder, Svågertorp ... 61

Figur 41 Maxkölängder, Svågertorp ... 61

Figur 42 Restider, Svågertorp ... 62

Figur 43 Medelkölängder, Väla ... 64

Figur 44 Maxkölängder, Väla ... 64

Tabellförteckning

Tabell 1 Inflöden, Svågertorp (fordon/h)... 28

Tabell 2 Flöden, Väla Centrum (fordon/h) ... 28

Tabell 3 Svängandelar, Svågertorp ... 29

Tabell 4 Svängandelar, Väla Centrum ... 29

Tabell 5 Uppmätta tidsluckor, Svågertorp ... 30

Tabell 6 Uppmätta tidsluckor, Väla Centrum ... 30

Tabell 7 Kalibrerade tidsluckor, Svågertorp ... 36

Tabell 8 Kalibrerade tidsluckor, Väla Centrum ... 37

Tabell 9 Lane-changing parametrar, Svågertorp ... 38

Tabell 10 Lane-changing parametrar, Väla Centrum ... 38

Tabell 11 Car-following parametrar, Väla Centrum... 39

Tabell 10 Kölängd (m) och standardavvikelse, Svågertorp... 41

Tabell 11 Total restid, Svågertorp ... 43

Tabell 12 Kölängd (m) och standardavvikelse, Väla Centrum... 44

Tabell 13 Total restid, Väla Centrum ... 45

Tabell 14 Signalschema S1 ... 48 Tabell 15 Signalschema S2 ... 49 Tabell 16 Signalschema S3 ... 50 Tabell 17 Signalschema S4 ... 51 Tabell 18 Signalschema S5 ... 51 Tabell 19 Signalschema S6 ... 52 Tabell 20 Signalschema S7 ... 53 Tabell 21 Signalschema S8 ... 53 Tabell 22 Signalschema V1 ... 54 Tabell 23 Signalschema V2 ... 55 Tabell 24 Signalschema V3 ... 56 Tabell 25 Signalschema V4 ... 56 Tabell 26 Signalschema V5 ... 57 Tabell 27 Signalschema V6 ... 58 Tabell 28 Signalschema V7 ... 59

1 Inledning

1.1 Bakgrund

Signalreglerade korsningar ersätts allt mer med cirkulationsplatser. Dessa har samma funktion, det vill säga hög säkerhetsstandard och kapacitet, men innebär lägre

underhållskostnader.

Cirkulationsplatser lämpar sig dock inte i alla situationer. Ett exempel när det inte passar är då det finns ett stort flöde som passerar rakt igenom en korsning och trafiken från de övriga anslutningarna är små är det lämpligast att använda sig av trafiksignaler istället. Stor trafikmängd på det överordnade flödet försvårar för trafikanterna från de underordnade flöden att komma in i cirkulationen. Trafikanterna på tillfarterna med lägre flöden hindras från att köra in i cirkulationen på grund av att luckorna mellan fordonen i det överordnade flödet är för små för att man ska kunna ta sig säkert in i cirkulationen. Enligt Stevens [6] är cirkulationsplatserna med stor andel vänstersvängande trafik särskilt utsatta för ovannämnda fördröjningsproblem. Även förekomsten av gång- och cykeltrafik (GC-trafik) på

övergångsställen vid cirkulationsplatserna kan leda till ökning av interaktionsfördröjningar. Enligt Brown [7] och Stevens [6] kan man med hjälp av trafiksignaler skapa luckor i det överordnade flödet och på så sätt öka framkomligheten och minska köbildningen för trafiken från underordnade flöden.

1.2 Syfte

Syftet med examensarbetet är att utifrån en fallstudie skaffa sig kunskap om vilka typer av signalreglering som förekommer i cirkulationsplatser samt hur dessa olika typer påverkar trafikflödet. Det är även av intresse att skaffa sig kunskap om hur icke signalsatta

cirkulationsplatser fungerar. Detta för att på ett bättre kunna ta hänsyn till de effekter och eventuella fördelar med signalreglering.

Mer specifikt är syftet att studera om det är möjligt att åstadkomma en bättre trafiksituation i cirkulationsplatser med hjälp av trafiksignaler. Ett annat syfte är att skaffa sig erfarenheter inom trafiksimulering, bland annat om hur man skaffar sig data, bygger simuleringsmodell samt granskar simuleringsresultaten.

1.3 Mål

Ett mål med examensarbetet är att ta fram effektivitetsmått, med hjälp av vilka man kan utvärdera vilka effekter signalsättning av cirkulationsplatser har.

Det är även intressant att undersöka om trafiksignalerna i cirkulationsplatserna måste vara aktiva dygnet runt eller endast behöver vara aktiva under högtrafik. Det måste även undersökas vilken typ av styrning som är mest lämplig i det aktuella fallet.

Ytterligare ett mål är att ta reda på vilka motiv det kan finnas för att implementera trafiksignaler i en cirkulationsplats, samt om dessa kräver en ändrad fysisk utformning.

1.4 Metod

I examensarbetet utförs en fallstudie av huruvida signalsättning kan minska fördröjningen och köbildningen i cirkulationsplatser med problem liknande de som beskrivs i Kapitel 1.1. En hypotes som prövas i examensarbetet är att signalsättning av sådana cirkulationsplatser kan öka framkomligheten i dessa. En signalreglering skulle kunna minska fördröjningen genom att skapa luckor i trafikströmmarna så att trafikanterna från tillfarter där köer ofta uppstår ska kunna utnyttja cirkulationsplatsen bättre. Signalsättningen kan dessutom höja säkerheten samt jämna ut genomströmningen mellan de olika trafikslagen, då konflikterna i cirkulationsplatsen tidssepareras.

För att tillgodose syftet med projektet består arbetet av tre delar, dessa är litteraturstudie, fältstudie och trafiksimulering.

1.4.1 Litteraturstudie

Litteraturstudie är en teoretisk del och består av en inventering av litteratur om det berörda området samt en kortare beskrivning av det simuleringsverktyg som används i projektet. Litteraturstudien tar upp den teori som finns om cirkulationsplatser i allmänhet med hänsyn till framkomlighet och säkerhet. Den tar även upp vad signalreglering är i allmänhet, men har störst tungvikt på hur signalreglering används i cirkulationsplatser och vilka effekter som signalregleringen har. Det ingår även en del om säkerhet och interaktion mellan fordon och GC-trafik.

De tryckta källorna till litteraturstudien hittades i Statens Väg- och

Transportforskningsinstitutets, VTI:s, bibliotek. De flesta av de elektroniska (otryckta) källorna hittades via transportforskningens ämnesportal Transguide ( www.transguide.se ). Några källor hittades även bland Vägverkets publikationer ( www.vv.se ). En del av elektroniska källor hittades även via Google ( www.google.se ). Sökord som användes för sökning av källor var bland annat ”signalised roundabouts”, ”metered roundabouts”, ”roundabouts”, ”signalisation”, ”metering”, ”car following” och ”lane changing”. Litteraturstudien presenteras i sin helhet i Kapitel 2.

1.4.2 Fältstudie

En annan stor del av examensarbetet är fältstudien. Fältstudien genomfördes för att skaffa sig data till simuleringsmodellen, men även för att lära sig hur fältarbete går till vid

datainsamling. Denna fältstudie ägde rum i Malmö och Helsingborg i början av december 2007 och bestod av filmningar av tre olika cirkulationsplatser. Filmningarna gjordes från en mast för att på så sätt få en god överblick. Syftet med dessa filmningar var att skaffa sig data för såväl uppbyggnad av en simuleringsmodell som för kalibrering och validering av denna. Fältstudien beskrivs i sin helhet i Kapitel 3.

Databearbetning genomfördes sedan då filmerna granskades och data togs fram och sorterades ut, denna presenteras i Kapitel 4.

1.4.3 Trafiksimulering

Efter fältstudien och databearbetningen övergick arbetet till att bygga upp de platser som studerats i trafiksimuleringsprogrammet Vissim. Efter att modellerna kalibrerats och

validerats, byggdes ett antal scenarier med olika typer av signalsättning. Resultaten av simuleringar med de olika scenarierna jämfördes med resultaten av simulering av

grundscenariot för att fastställa vilka effekter dessa förändringar hade. Simuleringsresultaten från olika scenarierna jämfördes även med varandra för att fastställa vilka scenarier som hade de bästa effekterna. I Kapitel 5 finns det en kortare beskrivning av Vissim och

trafiksimuleringen beskrivs i sin helhet i Kapitel 6.

1.5 Avgränsningar

I arbetet togs inte någon hänsyn till de miljöaspekter som eventuella förändringar skulle kunna innebära. Arbetet tog inte heller någon hänsyn till de eventuella prioriteringar som finns för kollektivtrafik, inte heller till den cykeltrafik som använde körbanan. Ingen hänsyn togs heller till parkeringarnas till- och frånfarter som låg i närheten av de studerade

cirkulationsplatserna, då dessa inte påverkade trafiksituationen i de studerade cirkulationsplatserna nämnvärt.

1.6 Företagspresentation

Examensarbetet har gjorts på Ramböll Sverige AB. Ramböll är ett teknikkonsultföretag som är etablerat i hela Norden. Verksamheten kan delas in i 14 olika teknikområden inom byggnad och infrastruktur. Företaget utför förstudier och utredningar, projekteringar samt bygg- och projektledningar. Inom infrastruktur genomför man planering och projektering av exempelvis vägar, järnvägar, hamnar och flygplatser. Inom byggnad omfattar projekteringen hela byggnadens livscykel från idé och analys till drift och underhåll.

Ramböll har ett 70-tal kontor utspridda i samtliga nordiska länder med över 6500

medarbetare, samt ett 50-tal kontor utanför Norden. Bara i Sverige finns det drygt 30 kontor med 1000 medarbetare.

Koncernen består av moderbolaget Rambøll Gruppen A/S och dotterbolagen inom de fyra geografiska affärsområden i Danmark, Sverige, Norge och Finland. Affärsområden är sedan uppdelade i regioner eller bolag och dessa är uppdelade i resultatenheter. Man riktar sig huvudsakligen till den lokala marknaden. Den regionala indelningen är en viktig faktor för att kunna tillgodose kundens behov lokalt och regionalt med företagets kompetens inom

samtliga teknikområden.

Kunder som man vänder sig till är inom den offentliga sektorn i Sverige kommuner, landsting och de fyra statliga verken (Banverket, Luftfartsverket, Sjöfartsverket och Vägverket). Inom den privata sektorn riktar man sig till entreprenörer, energi- och industriföretag. [8]

2 Litteraturstudie

2.1 Cirkulationsplatser

Cirkulationsplatser är enligt Vägverket [9] ett alternativ till vanliga korsningar med väjningsplikt eller trafiksignaler då de har låga underhållskostnader, minskar antalet allvarliga olyckor samt har positiva miljöeffekter då en cirkulationsplats med en jämn fördelning av flöde ger färre stopp än en motsvarande signalsatt korsning. För att

cirkulationsplatser ska fungera på ett bra sätt bör flöden från samtliga tillfarter vara relativt jämna och andelen vänstersvängande fordon bör vara relativt låg, då stor andel

vänstersvängande fordon skapar köer på flera tillfarter. Om inte dessa kriterier uppfylls kommer det att leda till stor fördröjning på de länkarna med låga flöden och leda till köbildning.

De olika delarna i en cirkulationsplats kan ses i Figur 1 nedan.

Figur 1. Cirkulationsplatsens delar. Bildkälla: Vägverket [9]

Trafikön görs ofta tillräckligt stor för att på så sätt kunna lagra GC-trafik i väntan på att en lucka ska uppstå och de kan korsa körfältet. Rondell är den yta mitt i cirkulationsplatsen som oftast är upphöjd vilken man cirkulerar runt. Riktlinjer för utformning av cirkulationsplatser i Sverige finns i [9].

På senare år har antalet cirkulationsplatser blivit fler, särskilt av de mindre typerna, och dessa förväntas bli ännu fler de kommande åren. I Sverige finns det tre olika storlekar av

cirkulationsplatser enligt riktlinjerna från Vägverket [9] och dessa är:

• Mini, rondellradie < 2 m

• Liten, rondellradie 2-10 m

• Stor, rondellradie >10 m

Designen av cirkulationsplatser är oftast intuitiv och lätt att förstå för bilisterna. Det finns ett antal olika utformningstyper av cirkulationsplatser. De skiljer sig främst i form av hur tillfarterna och cirkulationen ser ut. Denna utformning påverkar till stor del hastigheten och beteendet hos trafikanterna. Hastigheten både på tillfarterna och inne i cirkulationen har stor inverkan på antalet olyckor i cirkulationsplatsen.

Många länder har liknande klassificering av cirkulationsplatser som Sverige. Det vill säga klassificeringen är baserad på rondellens radie, även om både storleksbenämningarna och

utformningen skiljer sig från varandra mellan de olika länderna. En jämförelse av hur olika länders utformning av cirkulationsplatser ser ut har gjorts av VTI [10].

Minirondeller i Sverige har en rondellradie mindre än 2 meter och denna rondell måste vara överkörbar för att även tyngre fordon ska kunna ta sig fram i samtliga riktningar. En

cirkulationsplats som klassas som liten används ofta i tätorter där det ofta förekommer GC-trafik. Detta ger ofta en hög kapacitet vid cirkulationsplatsen och fördröjningen är relativt låg för samtliga trafikanter. Både liten och stor cirkulationsplats har förhöjd rondell och en yta närmast rondellen som ofta är stensatt. De cirkulationsplatser som klassas som stora används där fordonsflödena är höga. GC-trafik kan förekomma även i dessa fall. Dock är det inte lämpligt att GC-trafik korsar i samma plan om fordonsflödena är alltför stora eller om det finns flera körfält i till- och frånfarterna.

Enligt rekommendationer från VTI [10] bör man vid cirkulationsplatser med fler än ett körfält inte ha GC-överfarter precis invid cirkulationen utan passagerna bör istället förläggas cirka 7,5 meter från till- och frånfarterna till cirkulationsplatsen. Detta främst på grund av att cyklister syns dåligt och det blir svårare för förarna i inre körfältet att söka ögonkontakt med cyklisterna på överfarten då dessa ofta täcks av fordonen i yttre körfältet. Detta gör även att det blir svårare för förarna att bibehålla sin uppmärksamhet på GC-trafik samtidigt som förarna ska uppmärksamma cirkulationstrafiken.

Det finns fyra olika grundprinciper för hur en cirkulationsplats kan utformas, dessa är: 1. Radiella till- och frånfarter

2. Tangentiella till- och frånfarter

3. Radiella tillfarter och tangentiella frånfarter

4. Vänsteravböjda tillfarter och tangentiella frånfarter Exempel på de olika utformningarna kan ses i Figur 2 nedan.

Figur 2. Principskisser Bildkälla: L. Herland & G. Helmers [10]

De särskilda kännetäcken som finns för de olika typerna är [10]:

1. Radiella tillfarter tvingar bilisterna att bromsa in på grund av den sidoavvikelse som finns då tillfarterna leder rakt mot centrum av cirkulationsplatsen.

2. Tangentiella till- och frånfarter används i större rondeller då denna form tillåter höga hastigheter eftersom denna typ har störst, bland dessa, anslutningsradie vid till- och

frånfarter.

3. Radiella tillfarter och tangentiella frånfarter leder till att hastigheterna in i cirkulationsplatsen blir låga eftersom tillfarterna är avböjda. Utformning på

frånfarterna tillåter hög acceleration ut ur cirkulationen och gör att trafiken snabbt kan lämna cirkulationsplatsen.

4. Vänsteravböjda tillfarter och tangentiella frånfarter har liknande egenskaper som föregående men kräver ännu lägre hastigheter för inkommande fordon, då tillfarterna är än mer avböjda.

Det finns även cirkulationsplatser med både fler och färre anslutningar och för dessa finns motsvarande kännetecken. Utformningarna är likadana även för cirkulationsplatserna med flera körfält.

2.1.1 Konfliktpunkter

De främsta orsakerna till att cirkulationsplatser medför bättre säkerhet än andra typer av korsningar är det faktum att antalet konflikter är betydligt färre. Antalet konflikter kan ses i Figur 3. I figuren illustreras konflikterna mellan fordon och fordon med svarta punkter, samt mellan fordon och GC-trafik med vita punkter. Detta ger att vid en fyrvägskorsning finns 32 konfliktpunkter medan det i en cirkulationsplats med ett körfält och övergångsställen endast finns 12. Detta ger en tydlig indikation på att antalet olyckor kan minskas betydligt med hjälp av cirkulationsplatser. Även om inte antalet olyckor reduceras kommer konsekvenserna av de olyckor som sker att vara betydligt lindrigare då olyckor mellan fordon i

cirkulationsplatserna oftast bara leder till materiella skador. Samtidigt som farten oftast är lägre kommer även olyckorna mellan fordon och GC-trafik att få lindrigare konsekvenser, enligt en litteratursammanställning som gjorts av VTI [11].

I studier från ett flertal länder, bland annat Australien, England och USA, som sammanställts av amerikanska Department of Transportation [12], är det visat att antalet olyckor med personskador minskas avsevärt i korsningar där signalreglering har ersatts med

cirkulationsplatser. I cirkulationsplatser med flera körfält ökar antalet konflikter mellan fordon och GC-trafik med en faktor 2 per till- och frånfart, det vill säga två körfält i samtliga till- och frånfarter ger 16 konfliktpunkter mot 8 för en motsvarande cirkulationsplats med endast ett körfält för till- och frånfarterna.

Figur 3. Konfliktpunkter i signalsatt korsning resp. cirkulationsplats. Bildkälla: U.S. Departement of Transportation [12]

I cirkulationsplatser med två körfält har man fortfarande kvar vissa av de egenskaper som skapar en säkrare trafikmiljö, men det tillkommer ett antal konfliktpunkter. Sådana uppstår främst när trafikanterna gör felaktiga svängar eller byter körfält på ett felaktigt sätt som presenteras i Figur 4. Vid de tillfällen som olyckor sker så handlar det i de flesta fall om påkörningar i sidan på de fordon som är på väg in i cirkulationen.

Figur 4 Felaktig beteende i flerfilig cirkulationsplats Bildkälla: Roundabouts an informational guide [12]

Vid en jämförelse av en cirkulationsplats med endast ett körfält och fyra till- och frånfarter med en signalsatt fyrvägskorsning utan förekomst av GC-trafik har cirkulationsplatsen 8 konfliktpunkter. Fyrvägskorsningen, beroende på hur signalgrupperna ser ut, tidsseparerar de 16 möjliga konfliktpunkter som finns i korsningen. Det leder till att man kommer att få färre

konfliktpunkter inom respektive signalgrupp. Samma resultat uppnås vid jämförelse av en fyrvägskorsning och en cirkulationsplats med flera körfält [12].

Enligt den sammanställning av regler och rekommendationer i VGU-94 av Vägverket för utformning av cirkulationsplatser rekommenderas att man ska sträva efter att ha så få körfält och så låg hastighet som möjligt för att uppnå högsta möjliga säkerhetsstandard [10].

2.1.2 GC-säkerhet

Om det finns oskyddade trafikanter vid cirkulationsplatser har detta stor inverkan på trafiksäkerheten, då det tillkommer nya konfliktpunkter vid till- och frånfarterna.

Förekomsten av gång och cykeltrafik påverkar därför designen av cirkulationsplatsen. Vid gång- och cykelöverfart bör det enligt [12] finnas en trafikö mellan körfälten för att öka säkerheten för oskyddade trafikanterna, öka uppmärksamheten hos bilisterna samt minska hastigheten för fordon som åker in i och lämnar cirkulationen. Detta kan även göras bland annat genom att ha förhöjda passager för GC-trafiken. Vid höga trafikflöden är det lämpligast att ha separata överfarter för cyklister. Detta har konstaterats i flera rapporter, bland annat i en svensk från VTI [13] och i en amerikansk [12].

För cyklister finns det tre olika möjligheter till interaktion med fordonstrafiken. De kan dels använda cirkulationen precis som bilar, ha separata cykelfält i cirkulationsplatsen eller använda särskild överfart. Beroende på hur stora trafikflödena är väljs lämplig design. I Tyskland anser man att separata cykelkörfält inne i cirkulationen är ett dåligt alternativ och detta är därför inget som rekommenderas där [7]. Istället bör man ha särskilda GC-överfarter eller vid ännu högre flöden är det lämpligast att ha signalreglerade eller planskilda

övergångar för GC-trafik. I bland annat Sverige och Danmark [14] anser man att cykeltrafik inte bör förekomma i cirkulationsplatser där flödet är större än 8000 fordon per dygn. Studier från VTI [11] visar att separata cykelbanor med vanliga cykelöverfarter är det bästa

alternativet för cyklisters säkerhet.

Studier sammanställda i [12] visar även att cirkulationsplatser har positiva effekter för säkerheten hos gångtrafikanter. Som tidigare nämnts behöver införandet av

cirkulationsplatser inte nödvändigtvis minska antalet olyckor med cyklister inblandade, men konsekvenserna vid olycksfall blir lindrigare. De flesta kollisioner mellan fordon och cyklister sker i tillfarten till rondellen, visar en rapport från det danska Vejdirektoratet [14]. En brittisk studie sammanfattad i [12] visar att säkerheten för cyklister i cirkulationsplatser är betydligt lägre än vid signalreglerade korsningar. Detta kan bero på att det i Storbritannien finns en hög andel cirkulationsplatser med flera körfält.

Enligt Brown [7] spelar storleken på cirkulationsplatsen en stor roll för antalet olyckor. Stor radie på cirkulationen gör det möjligt för fordonen att hålla högre hastighet, vilket leder till allvarligare olyckor. Även ett högt flöde leder till fler konflikter och således också till fler olyckor. Enligt Brown [7] inträffar generellt mer än hälften av olyckorna under

2.2 Signalreglering

2.2.1 Signalreglering i korsningar

Enligt Holmberg [15] går signalreglering i korsningar ut på att tidsseparera konflikterna som kan uppstå i korsningen. Det finns två typer av styrning: tidsstyrda och trafikstyrda.

Tidsstyrd anläggning är förprogrammerad medan de trafikstyrda signalerna styrs, precis som namnet anger, av trafiken via detektorer i vägbanan. En sådan anläggning anpassar sig till rådande trafikförhållanden och ger lägre fördröjning vid låga flöden, medan kapaciteten är ungefär densamma som för en tidsstyrd under högtrafik.

De flesta moderna trafiksignalanläggningar är trafikstyrda. Man använder sig normalt av tidluckametoden. Det innebär att beslutet om växling i signalgrupp baseras på om fordonen passerar detektorn med längre eller kortare tid än en given tidslucka, detta enligt de

rekommendationer som finns i VGU [16].

Tidsstyrda trafiksignaler löper med ett omlopp, vanligen på 40-120 sekunder och fördelar det på två eller tre faser, d.v.s. tidsperioder där samma signalbild visas för trafikanterna

tillhörande samma fas. Svagheten med att trafiken får vänta på sin fas även om det inte finns några andra fordon i korsningen kan kompenseras med att ha olika tidplaner under dygnet.

Omloppstiden och andelen av gröntid, det vill säga den del av den totala tiden som man kan

visa grönt ljus för ett körfält är viktiga faktorer som påverkar korsningens kapacitet, detta enligt [15].

2.2.2 Signalreglerade cirkulationsplatser

Cirkulationsplatser fungerar oftast bra, då dess inflöden är välbalanserade. Om inkommande flöden däremot är ojämnt spridda kan långa köer uppstå på en eller flera tillfarter. Sådant kan typiskt uppstå under högtrafik, då flödena ofta är specifikt riktade, detta enligt en studie av Natalizio [17].

Om trängsel uppstår i cirkulationsplatsen på grund av obalans i inflöden i cirkulationen kan man lösa problemet genom att implementera signalsättning för att skapa luckor i

cirkulationstrafiken och upprätthålla ett fungerande genomflöde. En annan användning av trafiksignaler i cirkulationsplatser kan vara för att förhindra att köerna som bildas stör anslutande korsningar eller blockerar motorvägsavfarter, enligt Brown [7].

Det är två saker som man bör ta hänsyn till i signalreglerade cirkulationsplatser enligt en sammanställning av studier gjorda av Conway [18]. Dels att utformningen tillåter mer än ett flöde att komma in i cirkulationsplatsen samtidigt utan att hindra varandra, dels att det finns plats inne i cirkulationen där fordonen kan stanna och köa i väntan på att cirkulationen blir tömd på trafik som hindrar infart. Att trafik ska kunna snabbt ta sig in och ut ur

cirkulationsplatsen är viktigt för att kunna uppnå en hög nivå på kapaciteten. Trafiken bör därför möta åtminstone två gröna signaler i följd. Detta innebär att trafikanterna skall kunna ta sig in i och passera den första signalen i cirkulationen utan att behöva stanna. De flesta signalsatta cirkulationsplatser använder sig av korta omloppstider för att åstadkomma kortare rödtider och därmed minska köerna i cirkulationen. Generellt är omloppstiden 30-90 s. Signalreglering har visat sig ha positiva effekter för GC-trafikens säkerhet då GC-passagerna inte är planskilda enligt Vägverkets VGU [19]. En studie från Storbritannien gjord av

betydligt säkrare för både cyklister och fotgängare. Cyklisterna är de trafikanter som är mest utsatta för risk vid cirkulationsplatser som inte är signalsatta. Därför förbättras deras säkerhet mest vid en signalreglering.

Enligt en samnordisk undersökning som redovisas i VGU [19] är det inte säkert att signalreglering har positiva effekter för GC-trafikens säkerhet då GC-passagerna inte är planskilda. Säkerheten för GC-trafiken beror istället på ett antal faktorer såsom trafikflöde, storlek på stad, bredd på gatan och närheten till andra signalreglerade korsningar. En studie från Storbritannien gjord av London Road Safety Unit [20] visar att signalreglerade

cirkulationsplatser däremot är betydligt säkrare för både cyklister och fotgängare. Den mest markanta förbättringen är dock för cyklister då de är mest utsatta för risk vid

cirkulationsplatser som inte är signalsatta och en signalreglering minskar olycksrisken avsevärt.

Signalreglerade cirkulationsplatser används i stor omfattning i Storbritannien, Irland och Spanien, detta kan bero på att dessa länder har en hög biltäthet.

2.2.3 Signalregleringstyper

När man signalsätter en cirkulationsplats finns det olika alternativ för trafiksignalernas utformning, se Figur 5, som tjänar olika syften och kan användas i olika cirkulationsplatser baserat på vilka problem som finns och vilka effekter eftersträvas.

Figur 5. Signalregleringstyper.Bildkälla: C. Stevens [6]

Enligt studier av bland annat Natalizio [17] och Stevens [6] finns det två huvudsakliga kontrollsätt vid signalreglering i en cirkulationsplats: direkt kontroll och indirekt kontroll. De beskriver hur trafikens in- och utflöden kontrolleras i cirkulationsplatsen. Kontrollsättet beskriver hur inflödet till cirkulationsplatsen och flödet i cirkulationen styrs av trafiksignaler. I praktiken innebär det att om trafiksignalerna finns i direkt anslutning till cirkulationsplatsen är det en direkt signalkontroll eller är belägna en bit bort från den är det en indirekt

signalkontroll. Kontrollsättet avgör hur stora trafikmängder släps in i cirkulationen samt var fordonen stannar och köar i väntan på en grön signal. Det finns två kontrollsätt:

Direkt signalkontroll styr både externa och interna länkar i en cirkulationsplats, det vill säga

styr både inflödet i direkt anslutning till själva cirkulationen och dess inre flöde så att alla konfliktpunkter kontrolleras. Vid direkt signalkontroll får fordonen köa inne i cirkulationen. Detta kontrollsätt innebär att konfliktpunkterna mellan inkommande och cirkulerande trafik tidssepareras.

Indirekt signalkontroll styr endast inflödet till cirkulationsplatsen via externa signaler

belägna en bit bort från själva cirkulationen. Själva cirkulationstrafiken kontrolleras inte utan har prioritet framför inkommande trafik, det vill säga inkommande trafik har väjningsplikt gentemot cirkulationstrafiken. Det innebär att signalerna styr trafikmängden till

cirkulationsplatsen, men har endast en indirekt påverkan på cirkulationstrafiken. Konfliktpunkterna i cirkulationsplatsen påverkas inte vid indirekt signalkontroll.

Trafiksignaler kan antingen användas permanent eller endast under vissa tider på dygnet. Vid tidsbegränsad användning är trafiksignalerna endast igång under de tider på dygnet då det finns ett behov, det vill säga under timmarna med högtrafik. Signalerna sätts då igång antingen av timer eller av detektorer som placeras en bit bort från cirkulationsplatsen och känner av när köer börjar bildas, enligt beskrivning i [6].

Enligt Brown [7] måste det oavsett om signalerna används hel- eller deltid finnas

varningsskyltar för att påkalla trafikanternas uppmärksamhet. I fallet med deltidsfungerande signaler måste skyltar för väjningsplikt behållas för att upprätthålla normal användning av cirkulationsplatsen under den tiden som trafiksignalerna hålls avstängda.

Enligt Trafikförordningen (SFS 1998:1276) kap 2 § 2 gäller följande: en anvisning som ges med fast sken i en trafiksignal gäller före sådan regel som anvisas med vägmärke.

Ovanstående innebär att när signalen är släckt eller ur drift gäller vägmärke. Finns inget vägmärke gäller trafikförordningens generella regler som till exempel väjningsplikt mot cirkulerande trafik. Det är samma sak vid aktivering och inaktivering. Om signalen ges med blinkande sken så gäller vägmärket.

Cirkulationsplatsen kan antingen vara fullt eller partiellt signalsatt, beskrivet i [6]. Full

signalsättning innebär att man signalsätter samtliga ben i en cirkulationsplats. Partiell signalsättning innebär att ett eller fler ben, men inte alla, är styrda av trafiksignaler. Partiell

signalsättning skapar normalt sett tidsluckor i det överordnade flödet så att trafiken från inkommande länkarna med mindre trafikmängd kan lättare ta sig in i cirkulationen. De icke signalsatta tillfarterna fungerar som vanligt i en cirkulationsplats, det vill säga har

väjningsplikt mot cirkulationstrafiken.

2.2.4 Metering

Metering är en tillämpningstyp av partiell signalsättning. Om en tillfart i cirkulationsplatsen

hämmas av ett överordnat flöde kan man åtgärda problemet med köbildning och fördröjning med hjälp av metering. Det innebär en signalsättning av tillfarten med överordnade flöden. Syftet med detta är att minska fördröjningen vid en annan tillfart med underordnade flöden till cirkulationsplatsen. Begreppet är beskrivet av Natalizio [17]. Trafiksignalerna som tillämpas vid metering används under timmarna med högtrafik och styrs oftast av detektorer som mäter kön på tillfarten där man vill minska fördröjningen, se Figur 6. Då köer når detektorerna visas röd signal för den överordnade flödet, vilket leder till att en lucka skapas i flödet, vilken trafikanterna från tillfarten med det underordnade flödet kan använda. När köerna på tillfarten med det underordnade flödet minskar, stängs signalerna av igen och situationen återgår till den vanliga cirkulationsplatstrafiken.

Figur 6. Cirkulationsplats med metering-signaler. Bildkälla: E. Natalizio [17]

Metering används i övrigt till största delen för att detektera köer på påfarter till motorvägar och utifrån detta skapa luckor mellan fordon så att trafiken på motorvägen ska flyta bättre, det kallas då ramp metering och beskrivs i exempelvis CENTRICO [21]. Figur 7 nedan visar en överskådlig bild över hur ramp metering fungerar. Cirklarna i figuren representerar detektorer. De som finns på motorvägen används för att beräkna flödet och den på tillfarten används för att detektera köer och med hjälp av dessa data aktivera trafiksignalen om behovet finns, det vill säga om det uppstår köer på tillfarten.

Figur 7. Principskiss av ramp metering. Bildkälla: CENTRICO [21]

Metering i cirkulationsplatserna använder samma princip som ramp metering och används i t.ex. Storbritannien, USA och Australien. Metering är kostnadseffektivt och kan fungera som ett bra alternativ till full signalsättning av cirkulationsplatsen. Signalernas utformning för meteringsignaler i cirkulationsplatserna finns beskriven av Acelik i [22] och signalerna kan bestå av två- eller tre sekvenser. Tvåsekvenssignalen använder sekvensen blank – gul – röd - blank. Tresekvenssignalen fungerar som en vanlig trafiksignal, det vill säga med sekvenserna

röd - gul - grön. När metering inte är igång visas ingen signal. Trafiksignalerna kompletteras med en varningsskylt för att uppmärksamma trafikanterna på trafiksignalerna.

Ramp metering används i relativt stor omfattning i USA, dock mest i de större städerna, men det förekommer även i ett antal länder i Europa, främst i Nederländerna. Det finns även i ett antal andra europeiska länder även om det inte används i lika stor omfattning, exempel på sådana länder är Frankrike, Storbritannien och Tyskland [21].

2.3 Fysisk utformning

När man har fattat beslut att signalsätta en cirkulationsplats på en eller flera tillfarter kan det uppstå behov att ändra den fysiska utformningen av cirkulationsplatsen. Exempel på

sådana förändringar föreslagna av Brown [7]:

• förbättra tillfarternas utformning

o görs exempelvis om hastigheten för inkommande fordon är för hög

• styra köer till interna stopplinjer

o om cirkulationsplatsen är tillräckligt stor så kan man låta fordonen köa inne i cirkulationen

• förbättra synbarheten för övriga tillfarter

o görs för trafikanterna ska få en god överblick av hur trafiksituationen ser ut vid signalerna

• förbättra trafiksignalernas synbarhet

o detta görs för att öka bilisternas uppmärksamhet på signalerna

• signalsätta övergångsställen

o görs endast då det förekommer stora flöden av GC-trafik

Dessa förändringar görs för att:

• öka en eller flera tillfarters kapacitet

o detta genom att släppa in flöden från samtliga tillfarter med hjälp av signalerna och på så sätt minska de stora köer som kan uppstå

• öka kapaciteten av cirkulationens körbana

o detta genom att släppa in fordon i cirkulationen för att utnyttja samtliga körfält

2.4 Signalsättningens fördelar

Det finns flera fördelar med att signalsätta en cirkulationsplats, dessa sammanfattas av bl.a. Brown [7] och Stevens [6]. En stor fördel är att man med hjälp av signalerna kan göra

fördröjningen i cirkulationsplatsen mer balanserad och minska fördröjningen i ett koordinerat nätverk av närliggande korsningar genom att balansera inflödena. En annan fördel är att köerna kan hållas under kritiska nivåer, det vill säga att man kan förhindra att de blockerar till exempel närliggande korsningar eller motorvägsavfarter genom att prioritera trafiken på tillfarten där köer bildats.

På grund av trafikmängdens ökning eller utveckling av närliggande områden kan kapaciteten i cirkulationsplatsen bli otillräcklig, vilket försvårar för cirkulationstrafiken. Enligt Stevens [6] kan man i detta fall med hjälp av signalerna få bättre genomflöde, dock kan det också innebära att fysiska förändringar krävs för att komplettera signalsättningen.

Trafiksignalerna kan hjälpa trafikens in- och utfart i cirkulationsplatserna, minska

cirkulationshastigheten och öka luckorna i cirkulationen för inkommande trafik. Signalerna underlättar även för gång- och cykeltrafiken på GC-överfarter i anslutning till

cirkulationsplatser och bidrar till bättre säkerhet.

2.5 Trafiksimulering

Simuleringsmodeller är representationer av verkligheten med hjälp av modeller, som är skapade utifrån matematiska, logiska eller symboliska antaganden. Med hjälp av dessa modeller kan man dra olika slutsatser om hur det verkliga systemet fungerar.

Trafiksimulering används t.ex. för analys av olika trafiksituationer, samt för att fastställa effekter av trafikledningsstrategier och ändringar i infrastrukturen. Det finns tre olika klasser av trafiksimuleringsmodeller, beroende på vilken detaljnivå simuleringen innehåller, dessa är

mikro-, meso- och makromodeller.

Makroskopisk simulering används till att utföra simulering i ett stort nätverk, till exempel en

hel stad, för övergripande trafikplanering. Enligt VTI-publikation [23] är makroskopiska modellerna i regel av statisk karaktär och beskriver nätverket på ett grovt sätt, särskilt i täta urbana områden. Därför fungerar inte makrosimulering särskilt bra på detaljnivå då den inte kan ta hänsyn till effekter och beteenden av enskilda fordon. Det är däremot praktiskt att använda sig av makrosimulering när man vill göra analys av stora områden, då en detaljrik modell skulle innebära större resurskrav.

I VTI-publikation [23] sammanfattas mesomodeller som en modell med högre detaljnivå än makrosimulering, men lägre än mikrosimulering. I mesomodell symboliseras fordonen av paket, som kan innehålla ett eller flera fordon. En mesomodell kan hantera flera olika fordonstyper. Fördelen med mesoskopiska modeller är att man kan använda dem för att simulera större nätverk än mikrosimulering, med större noggrannhet än vad som är möjligt att genomföra med makrosimulering. De olika typerna av simuleringsmodeller finns att läsa om ibland annat licentiatavhandlingen av Tapani [24] och i ett examensarbete av Nordlöv & Onmalm [25].

Enligt sammanställning av rekommendationer för användning av mikrosimulering gjord av Stockholm Stad [2] är mikrosimulering bara lämplig att användas för modellering av små trafiknätverk på grund av dess höga detaljnivå. Detta innebär att modellen bättre kan anpassas till verkligheten, förutsatt att det finns lämplig data. I de flesta

mikrosimuleringsverktyg modelleras interaktion mellan trafikanter, fordon och trafikmiljön.

Enligt [26] består mikrosimuleringsmodeller av statiska och dynamiska element. Statiska element är orörliga enheter i modellen, exempelvis vägar, körfält och korsningar. Dynamiska element är trafikanter, såväl fordon som gång- och cykeltrafik.

Varje modellerat fordon i en mikromodell antas ha förare med köregenskaper som påverkar trafikbeteendet och samspelet med andra trafikanter. Förarbeteendet beskrivs oftast av tre moduler för att varje enskilt modellerat fordon ska kunna ha individuella beteendeegenskaper som skiljer den från andra [2]:

• Car-following – anpassning av hastigheten till elementet framför (t ex fordon,

• Lane-changing – hur man byter körfält i samband med omkörning, kösituation eller

vid en eventuell sväng

• Gap-acceptance – acceptansen av luckor för att ta sig in i ett trafikflöde t.ex. i

samband med väjnings- eller vävningsmanöver

2.5.1 Car-following

Car-following-modeller anger hur fordonen förhåller sig till varandra i ett körfält. Alltså hur det bakomvarande fordonet (följaren) anpassar sin acceleration och håller avståndet till den framförvarande (ledaren), utifrån fordonens och förarnas egenskaper. Enligt Jansson Olstam & Tapani [27] definieras de flesta car-following-modeller av tre tillstånd för att beskriva följarens beteende: fri fart, normal följning och tvärinbromsning. Fordonen i fri

fart-tillståndet är opåverkade av de andra fordonen och försöker uppnå den önskade hastigheten, vid normal följning anpassar följaren hastigheten efter ledarens hastighet och vid

tvärinbromsning sänker fordonen snabbt farten för att undvika en kollision. Det finns flera klasser av car-following-modeller, några av dem sammanfattas i examensarbetet av Carlsson & Thorsson [28] och VTI-rapporten av Jansson Olstam & Tapani [27]:

• Stimulus-respons-modeller – där föraren anpassar sin hastighet efter förändringar i

framförvarande fordons hastighet och ändringar i avstånd till den.

Exempel på matematiska beskrivningar av flertalet stimulus-respons modeller finns sammanställd i Carlsson & Thorsson [28].

Pipes (1953) modell är en av stimulus-respons car-following modeller. Följarens acceleration beror av skillnaden mellan följarens och ledarens hastighet samt

avståndet mellan dem. Följaren reagerar kraftigare på hastighetsskillnader ju närmare avståndet är till fordonet framför, beroende på vinkelförändring mellan följaren och ledaren, ju kortare avstånd mellan fordonen desto större vinkeln.

• Säkerhetsmodeller – är en typ av stimulus-respons modell som bygger på att följaren

alltid försöker hålla ett säkert avstånd till ledaren, med antaganden att följaren

uppfattar hastighets- och avståndsskillnader till ledaren. Problemet med den här typen av modeller är att följaren endast tar hänsyn till bilen direkt framför och ingen hänsyn tas till fordon än längre fram.

• Gazis Herman Rothery (GHR) modellen – bygger på att följarens acceleration är

proportionell mot egna hastigheten och skillnaderna mellan följarens och ledarens hastigheter och avstånd mellan dem.

Modellen kan vara både symmetrisk och asymmetrisk. Den symmetriska modellen har samma parametervärden för både acceleration och retardation (inbromsning). En asymmetrisk modell har olika parametervärden och bygger på antagandet att en förare reagerar kraftigare vid retardation än vid acceleration.

• Psykofysiska modeller använder sig av gräns- eller tröskelvärden vid vilka förarna

ändrar sitt beteende. Förarna kan bara ändra sitt beteende då de passerar dessa värden. Dessa tröskelvärden presenteras ofta som ett relativt avstånd/tid diagram mellan ledaren och följaren som illustreras i Figur 8. Axlarna, ∆voch ∆xbeskriver skillnader i hastighet respektive avstånd mellan ledaren och följaren. Figuren består av tre zoner med tröskelvärden representerade av gränserna mellan dem. Pilen beskriver följarens beteende avstånds- och hastighetsmässigt. Den mittersta zonen representerar ingen reaktion hos följaren. Den högra zonen representerar reaktionen hos föraren i det följande fordonet då hans hastighet är högre än ledarens. Den vänstra zonen representerar på motsvarande sätt följarens reaktion då hans hastighet är lägre än ledarens.

Figur 8. Psykofysisk modell. Bildkälla: J. Jansson Olstam & A. Tapani, 2004 [27]

Psykofysiska car-following modeller tar inte hänsyn till små förändringar i relativa

hastighetsförändringar mellan ledaren och följaren på korta avstånd samtidigt som den inte tar hänsyn till hastighetsförändringar när avståndet mellan fordonen är långt. Detta skapar ett mer realistiskt beteende än de övriga ovannämnda modellerna, där följaren antas reagera på alla relativa hastighetsförändringar, samt ha acceleration noll om fordonen håller samma hastighet.

2.5.2 Car-following i Vissim

Car-following-modellen i Vissim bygger på Wiedemanns psykofysiska modell först

sammanfattar modellen baserat på Wiedemann & Reiter 1992, som illustreras i Figur 9. De olika gränsvärden definierar tillstånden som illustrerar förarnas beteenden.

Figur 9. Wiedemanns car-following model. Bildkälla: J. Jansson Olstam & A. Tapani 2004 [27]

• AX beskriver det önskade avståndet mellan stillastående fordonen. Ln-1 är avståndet mellan fordonen medan AXadd och AXmult är kalibreringsparametrar, dessa parametrar har använts för att kalibrera modellen. I Vissim finns dessa parametrar med under Standstill Distance och kallas Additive Part respektive Multiple Part of

Safety Distance. RND1n är normalfördelad förarbeteendeparameter. AX definieras som

AX =L_n−1+AXadd+RND1_n⋅AXmult

• ABX är följarens minsta önskade avstånd till ledaren vid låga hastighetsskillnader. ABX definieras som

där v RND BXmult BXadd BX BX AX ABX n) , 1 ( + ⋅ ⋅ = + =

BXadd och BXmult är kalibreringsparametrar och hastigheten v är definierad som

   ≤ > = − − − 1 n 1 n 1 för v för v n n n n v v v v v

• SDX beskriver följarens största avstånd till ledaren och varierar mellan 1,5 och 2,5 gånger ABX. SDX definieras som

(

NRND RND2n

)

,där EXmult EXadd EX BX EX AB SDX − ⋅ + = ⋅ + =

EXadd och EXmult är kalibreringsparametrar. NRND är normalfördelat slumptal och RND2n är normalfördelad förarberoende parameter.

• SDV beskriver den punkt där föraren märker att den närmar sig ett långsammare fordon och definieras som

(

1 2

)

), där ( 1 n n n RND RND CXmult CXadd CXconst CX CX AX L x SDV + ⋅ + ⋅ =      ∆ − − = −

CXconst, CXadd och CXmult är kalibreringsparametrar.

• CLDV beskriver punkten där följaren upptäcker att han kör snabbare än ledaren, det gränsvärdet används inte i Vissim, utan det antas att CLDV=SDV enligt Jansson Olstam och Tapani [27].

• OPDV beskriver punkten där följaren upptäcker att han kör långsammare än ledaren. OPDV definieras som

(

OPDVadd OPDVmult NRND

)

,där

CLDV

OPDV = ⋅ − − ⋅

OPDVadd och OPDVmult är kalibreringsparametrar.

Ovannämnda gränsvärden skapar följande car-following tillstånd. Av samtliga kalibreringsparametrar som använts finns tillgängliga i modellen har vi valt att endast kalibrera med hjälp av AXadd och AXmult, detta beror på att den car-following modell som användes under våra simuleringar var av en enklare karaktär än den som beskrivs.

Following

I detta tillstånd upplever följaren att han håller tillfredsställande avstånd till och samma hastighet som ledaren. För att åstadkomma verkligt beteende antas det att accelerationen är alltid skilt från 0. När fordonet kommer in i tillståndet från SDV eller ABX erhåller den värdet –bnull och när det kommer in i tillståndet via OPDV eller SDX erhålls värdet bnull. bnull är värdet på acceleration och retardation och definieras som

(

RND4 NRND

)

,där

BNULLmult

b_null = ⋅ _n −

BNULLmult är kalibreringsparameter, den har dock inte använts vid kalibreringen, och RND4

normalfördelad förarbeteendeparameter. Free driving

Detta tillstånd ligger ovanför alla tröskelvärden och fordonen som färdas i detta tillstånd påverkas inte av de övriga fordonen. De accelererar med deras maximala acceleration tills de når sin önskade hastighet. När de väl gör det blir de tilldelade antingen värdet bnull eller –bnull på deras acceleration enligt samma resonemang som ovan. Maxaccelerationen bmax definieras

som

(

)

(

)

,där max max max max des des FACTORVmult v v v v FaktorV FaktorV v v BMAXmult b − ⋅ + = ⋅ − ⋅ =

vmax är maxhastigheten och FACTORVmult är kalibreringsparameter, denna har dock inte

använts för att kalibrera modellen. Closing in

När ett fordon passerar SDV märker föraren att den närmar sig ett fordon med lägre hastighet och gör inbromsning för att undvika kollision. Retardationen beskrivs då av

( )

(

)

,där 2 1 1 1 2 − − + − ∆ − ∆ ⋅ = n n n b L x ABX v b

bn-1 är retardationen hos ledaren.

Emergency regime

När avståndet mellan fordonen är mindre än ABX gör följaren en kraftigare inbromsning än i closing in-tillståndet enligt

( )

(

)

(

)

där , 3 b BX b 2 1 min 1 min 1 1 2 n n n n n n v BMINmult RND BMINmult BMINadd L x ABX b L x ABX v b ⋅ + ⋅ − − = − ∆ − ⋅ + + − ∆ − ∆ ⋅ = − − −

bmin är maximal retardation, BMINadd och BMINmult är kalibreringsparametrar, inte heller

dessa har använts för att kalibrera modellen, och RND3n är normalfördelad

förarbeteendeparameter.

2.5.3 Lane-changing

För att modellera fordonens beteende vid körfältsbyten i en mikrosimuleringsmodell använder man sig av lane-changing. Det är en modell som representerar förarens beslutsprocess, där nödvändigheten, önskvärdheten och möjligheten undersöks. Nödvändigheten kan bero på om ledaren har en lägre hastighet än den egna önskade hastigheten, då önskvärdheten utvärderas kontrolleras om ett körfältsbyte ger en bättre framkomlighet och till sist undersöks det om det överhuvudtaget är möjligt att byta körfält. Beslut att byta körfält kan bli aktuellt inför en sväng, i kösituation, om framförvarande fordon i det ursprungliga körfältet har betydligt lägre hastighet eller om det ursprungliga körfältet upphör.

Enligt Carlsson & Thorsson [28] modelleras lane-changing algoritmen i två steg,

övervägandet av byte och själva bytet. Beslutet fattas i de tre stegen som nämndes tidigare, nödvändighet, önskvärdhet och möjlighet:

• Undersökning om det är nödvändigt att byta körfält, med hänsyn till trafiksituationen längre fram och i det ursprungliga körfältet.

• Kontroll om det är önskvärt att byta körfält, d.v.s. om det skapar några fördelar.

• Kontroll av möjligheten att byta körfält, d.v.s. om det finns tillräckligt med plats i det nya körfältet.

För att körfältsbytet ska kunna genomföras krävs även att det finns tillräckligt stor tidslucka i det körfält till vilket man ska byta, det vill säga avståndet mellan två fordon är så pass stort att det är möjligt att på ett säkert sätt komma in mellan dem. Dessutom tar lane-changing hänsyn till olika förares beteenden genom att ha olika typer av förare som har skillnader i aggressivitet. Ju mer aggressiv körstil en förare har, desto mer benägen är den att ta risker och därmed mer benägen att byta körfält eftersom en sådan förare accepterar kortare tidsluckor än en mindre aggressiv.

2.5.4 Lane-changing i Vissim

Lane-changing modellen bygger enligt Carlsson & Thorsson [28] på forskning av Udo

Sparmann. Modellen skiljer på en önskan om att byta körfält och beslut att genomföra körfältsbyte. Vid byte från höger- till vänsterkörfält uppkommer önskan som resultat av framförvarande fordon har en långsammare hastighet och på så sätt utgör ett hinder och beslutet består av själva bytet om det finns tillräckligt med plats i det nya körfältet. Vid byten från vänster- till höger körfält däremot uppkommer önskan om det inte finns några hinder i några av körfälten. Med hinder menas olika nivåer på psykofysiska gränsvärden, som bestäms av avstånd och hastighetsskillnader, de olika nivåerna kan vara stort hinder, litet

hinder och inget hinder.

2.5.5 Gap-acceptance

Gap-acceptance beskriver om en förare från ett underordnat flöde tar sig in eller korsar ett överordnat flöde eller väjer beroende på värdet för en minsta tidslucka som han eller hon accepterar för att komma in i ett flöde. Exempelvis påverkar gap-acceptance kapacititeten i en cirkulationsplats baserat på de minsta tidsluckor och minsta avstånd som förarna kräver då de försöker ta sig in i ett redan cirkulerande trafikflöde [30] [31]. Detta utförs i

simuleringarna vid de konfliktpunkter som placerats inuti cirkulationen [32]. Vid beräkning av kapacitet och beteende används också något som heter "follow-up time", detta är den tidslucka det krävs för ytterligare fordon att ta sig in i flödet. Vissim använder sig av en deterministisk metod för gap-acceptance, detta medför att samtliga förare har ett likvärdigt beteende.